3.4. Флаттер, подхват и экранный эффект есть частные случаи единого волнового механизма.

Ранее /1/ волновой механизм в потоках жидкости и газа был описан. Кратко он заключался в возникновении, разгоне и распространении звуковой волны под действием разности давлений, вызванными неодинаковыми скоростями по сечению потока. Используется энергия молекул, которая, в свою очередь, подпитывается из окружающего пространства. При плоском течении волна идет от большего давления на стенке к меньшему на периферии. Фронт волны, двигаясь со звуковой скоростью быстро пересекает толщу среды, погашаясь за счет ее сопротивления. В зоне ухода волны образуется разрежение, под действием которого подсасываются соседние объемы среды и возникает спутный поток вдоль траектории ухода фронта волны. Этот спутный поток, встречая сопротивление среды, закручивается в обратном направлении в виде шляпки гриба, а сама вихреволновая структура приобретает полную грибообразную форму (с ножкой и шляпкой). Совокупность грибообразных структур – это и есть пограничный слой. По мере движения увеличивается мощность и амплитуда пульсаций – растет толщина пограничного слоя.

Изучением структуры пограничного слоя занимались Рейнольдс, Карман, Тейлор, Лайтхил, Толмин, Шлихтинг и другие. Были установлены грибообразные формы, перекатывающиеся валики и другие структуры, но единой физической картины установлено не было, так как не был еще известен механизм разгона звуковой волны и ее распространения. Обзор указанных работ произведен в /2/.

Указанные волновые процессы развиваются с обоих сторон самолетного крыла с увеличением по ходу потока воздуха амплитуды действия сил реакции от уходящих от стенки крыла звуковых волн. Каждой локальной зоне ухода волны соответствует охватывающая ее кольцом зона обратного движения спутного потока к стенке крыла. В связи с большой длиной пути потока по верху крыла нарастание амплитуды пульсаций происходит не синхронно с потоком под крылом. Рассогласование одновременности ударов волн над и под крылом заставляет конец крыла (закрылки) испытывать знакопеременные нагрузки, которые и представляют существо флаттера как явления. С увеличением скорости самолета нагрузки возрастают, а при попадании частоты пульсаций в резонанс с собственной частотой колебаний закрылков могут привести к разрушению крыла. Описанный выше механизм флаттера не известен до сих пор специалистам., которые пользуются эмпирическими расчетными зависимостями, разработанными Келдышем.

Незнание физики явления и ограниченный диапазон действия эмпирических зависимостей приводят к другому катастрофическому явлению – подхвату самолета. При некоторых условиях, особенно в верхних разреженных слоях атмосферы, действие сил сверху на конец крыла становится настолько больше, чем снизу, что происходит опрокидывание самолета, называемое подхватом. Как видно, падхват является частным случаем флаттера и его можно было бы предусмотреть, если был бы известен рассматриваемый волновой механизм.

В случае с катастрофой ТУ 154 (2007) всю вину свалили на погибших пилотов, хотя, как видно, они были бессильны перед неизвестным людям проявлением стихии, которое не было предусмотрено заранее в мероприятиях по обеспечению безопасности полетов.

При движении экраноплана (или другого объекта) вблизи поверхности (земли, воды) создается эпюра скорости, аналогичная течению в канале. Звуковые волны, идущие от поверхностей, например, крыла и воды навстречу друг другу сталкиваются между собой с удвоенной относительной скоростью, образуя обратные ударные волны. Действие ударных волн отталкивает экраноплан от волны, что и называется экранным эффектом. Кроме того, пара встречных сил от звуковой и ударной волн вызывает вращательное движение масс воздуха под экранопланом – те самые перекатывающиеся валики, которые были замечены предками ранее. При этом экраноплан как бы катится на упругих колесах по поверхности воды, значительно более плавно, чем самолет. Именно по этому поводу говорил генеральный конструктор ПО «Сухой» Симонов, что никогда не испытывал более приятного ощущения, чем в полете на экраноплане.

Волновой механизм течений в потоках, струях проявляется всегда и сопровождает вызываемые им явления, в том числе избыточную мощность и напор воды в конических сходящихся насадках; землетрясение и разрушение домов по берегам канала при интенсивном сбросе воды с плотины, флаттер, подхват и экранный эффект.

Литература

1. Андреев Е.И. Основы естественной энергетики, СПб, из-во Невская жемчужина, 2004 г., -592 с.

2. Ляхов В.К., Мигалин К.В. Эффект тепловой или диффузионной шероховатости. Саратов, 1989; - 176 с.